Исследование мемристивных систем на основе самоорганизованных наноструктур для нейроморфных вычислений

Исследование направлено на анализ мемристивных систем, основанных на самоорганизующихся наноматериалах, таких как сети наночастиц, квантовых проволок и нанотрубок. Основной целью является использование самоорганизующихся консолидированных наноматериалов для выполнения нейроморфных вычислений более естественным образом по сравнению с традиционными высокоорганизованными микросхемами. В рамках исследования изучаются свойства перколяционных ансамблей, состоящие из наночастиц Ag, Sn, CuO и др., а также нанопроволок Ag, ZnO и прочие самоорганизующиеся нанокомпозиты, такие как наночастицы-ПВП (поливинилпирролидон) и УНТ-полимер композиты. Основное внимание уделяется реализации резервуарных вычислений. Результаты исследования должны способствовать созданию энергоэффективных нейроморфных микросхем, которые смогут успешно выполнять алгоритмы искусственного интеллекта. На втором этапе изготовлены макетные образцы микронных структур с различной геометрией электродов и перколяционными мемристивными пленками на основе наночастиц Ag, Au, Sn и нанокомпозитов Ag-HfOx, Ag-TiO2, для резервуарных вычислений. Реализованные мемристивные сетки могут находиться в критическом состоянии (вблизи порога перколяции) так, что переключения сопротивления происходят при подаче постоянного или импульсного напряжения 1-15 вольт. Разработаны модели динамической перколяции и прыжкового транспорта в мемристивных самоорганизующихся ансамблях металлических наночастиц. Полученные результаты моделирования подтверждают перспективность рассматриваемых перколяционных систем как «нейроморфных» благодаря их способности имитировать как порого-зависимую спайкоподобную динамику нейронов, так и синаптические веса на основе проводимости. На основе мультиэлектродных ячеек и полученных гальванопластичных мемристивных сеток серебрянных наночастиц со стабилизирующим покрытием из оксида гафния изготовлены и испытаны лабораторные образцы устройств для резервуарных вычислений с возможностью подключения к ЭВМ.